Исследование атомной структуры аморфного Ni и структурных превращений, сопровождающих его кристаллизацию

• Автор: Краснов, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

I. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАХ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВ

1.1. Аморфные металлы: свойства, получение, методы исследования структуры

1.2. Теоретические представления о структуре аморфных металлов

1.3. Кристаллизация аморфных металлов при отжиге

1.4. Постановка задачи

II. ПОСТРОЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Описание метода молекулярной динамики

2.2. Основные проблемы компьютерного моделирования

2.3. Обоснование выбора потенциала межатомного взаимодействия
2.4. Описание модели
III. АТОМНАЯ СТРУКТУРА N1 В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ ЗАКАЛКИ ИЗ ЖИДКОГО СОСТОЯНИЯ
3.1. Протекание процесса охлаждения № из жидкого состояния
3.2. Анализ содержания в закаленном № элементарных ячеек ГЦК, ГПУ и фигур Франка-Каспера
3.3. Кластеры упорядоченной структуры в закаленном №
3.4. Тетраэдры в структуре закаленного №
IV. СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ АМОРФНОГО №
4.1. Моделирование кратковременной выдержки при повышенной температуре. Определение температуры кристаллизации
4.2. Структурные превращения в процессе выдержки при 300 К

4.3. Структурные превращения в процессе выдержки при 650 К
4.4. Изменения тетраэдрических структур в процессе выдержки с повышенной температурой
4.4.1. Изменения тетраэдрических структур в результате выдержки при 300 К
4.4.2. Изменения тетраэдрических структур в результате выдержки при 650 К
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия уделяется большое внимание металлическим стеклам, то есть металлам и сплавам, находящимся в твердом аморфном состоянии. Они обладают рядом исключительных свойств: очень прочны и в то же время пластичны, имеют свойства магнитомягких материалов, коррозионно стойки [1, 2], что обусловливает широкие перспективы их применения в промышленности. Металлические стекла чаще всего получают путем сверхбыстрого охлаждения из жидкого или газообразного состояний (помимо этого существуют также методы металлизации и распыления). Для чистых металлов критическая скорость охлаждения, при которой возможно образование твердого аморфного металла, очень велика и находится в диапазоне Ю10-1013К/с [1, 3, 4]. Тем не менее, в настоящее время получают аморфный никель как методом вакуумного напыления [3], так и закалкой из жидкого состояния [5].
Относительно микроструктуры аморфных металлов на данный момент сложилось представление как о метастабильном неполикристаллическом состоянии с высокой степенью ближнего упорядочения [б, 7, 8]. При этом отмечается, что для кристаллизации стеклометаллов необходим отжиг, чтобы преодолеть активационный барьер, препятствующий кристаллизации [1, 9]. О неполикристалличности стеклометаллов с одной стороны и высокой степени ближнего упорядочения с другой свидетельствуют многочисленные рентгеноструктурные данные и данные компьютерных моделей. Существует несколько моделей, объясняющих такой характер структурной организации в аморфных металлах: кристаллическая, дислокационная, модель случайной плотной упаковки твёрдых сфер (СПУТС), кластерная.
В настоящее время остается достаточно много нерешенных вопросов, связанных с атомной структурой аморфных металлов и процессами, протекающими в них на атомном уровне при температурных и силовых воздействиях. К-таким вопросам, например, относится справедливость и рамки

Температура расчетного блока определяется на каждой итерации компьютерного эксперимента с помощью выражения

т=т' (2'5)
где Е - кинетическая энергия расчетного блока.
В рассматриваемом методе ограничиваются объемом расчетной ячейки порядка 103-10б атомов. С макроскопической точки зрения это чрезвычайно мало. Поэтому, чтобы результаты можно было распространить на макрообъем, на расчетный блок накладываются граничные условия, позволяющие с некоторым приближением “сшивать” расчетную ячейку с внешним объемом.
Выбор граничных условий зависит от исследуемой проблемы. Можно выделить пять типов граничных условий:
1) “Свободные” граничные условия [37, 75, 81-84, 87-90]. Приграничные атомы образуют свободную поверхность, контактирующую с вакуумом, и могут передвигаться так же, как и атомы внутри объема расчетного блока. Такой вид граничных условий иногда применяется при исследовании деформации расчетной ячейки под воздействием температурно-силовых факторов, или в случаях, когда нет надобности в граничных условиях, например, в исследованиях, связанных с большими молекулами (полимеры, фуллерены и т.д.).
2) “Жесткие” граничные условия [37, 74, 75, 81-84, 91]. Координаты приграничных атомов зафиксированы. В этом случае предполагается, что достаточно большое количество подвижных атомных слоев компенсирует влияние фиксированности граничных атомов на исследуемое явление. Этот вид граничных условий привлекателен своей простотой, но требует большого числа атомов в расчетном блоке и не позволяет решать задачи, связанные с существенным изменением термодинамических параметров расчетного блока. В методе молекулярной динамики такой вид граничных условий в основном применяется в комбинации с другими видами [37, 75, 81-84].